引用本文

Feng Ziqi，Huang Shipeng,Wu Wei,et al.The development history of shale gas in United States and coal-derived gas in China and enlightenment to China[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(3):449-460.[冯子齐，黄士鹏，吴伟，等.北美页岩气和我国煤成气发展历程对我国页岩气发展的启示[J].天然气地球科学，2016,27(3):449-460.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.03.0449

北美页岩气和我国煤成气发展历程对我国页岩气发展的启示

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冯子齐1 ，黄士鹏1，吴伟2，房忱琛1，刘丹1 

（1.中国石油勘探开发研究院，北京100083;2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川成都610051）

作者简介：冯子齐（1988-），男，陕西延安人，博士研究生，主要从事天然气地质与地球化学研究.E-mail：ziqi0314@163.com.

基金项目：中国科学院“中国页岩气发展战略对策建议”咨询项目（编号：2014-2015）；中国石油天然气股份有限公司“中国煤成气地球化学与成藏机制规律研究”项目（编号：2014B-0608）联合资助.

摘要  
受限于技术经验不足、投资成本过高、地质条件复杂等因素，现阶段我国页岩气进展步伐有所放缓，诸多因素影响着人们对我国页岩气发展前景的正确认识。页岩气作为非常规资源继续促进着美国“能源独立”，2014年产量占全美的48.2%；而煤成气作为我国重要的常规天然气资源，在天然气工业依然占据举足轻重的地位，到2013年底产量占全国的67.31%。通过系统分析两者发展历程、阶段特征和重要意义，可知:美国页岩气和我国煤成气的发展历程都是经历了漫长的前期理论研究和论证周期，稳重求进逐步打开了勘探局面，其年产量和探明储量的递增速率都是先慢后快，通过技术或勘探突破进入高速发展阶段；现今我国页岩气还处于勘探开发的初级阶段，与国外差距较大，需技术创新降低单井投资，深化地质理论认识，协调水资源利用以及企地关系等。

关键词： 北美       页岩气       中国煤成气       发展历程       启示      

中图分类号:TE122.1      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)03-0449-12

The development history of shale gas in United Statesand coal-derived gas in China and enlightenment to China

Feng Zi-qi1 ，Huang Shi-peng1，Wu Wei2，Fang Chen-chen1，Liu Dan1 

（1.Research Institute of Petroleum Exploration & Development,PetroChina,Beijing 100083,China;2.Research institute of Petroleum Exploration and Development,Southwest Oil & Gas Company,PetroChina,Chengdu 610051,China）

Abstract  
Limited by technology experience insufficiency,the high cost of investment,complicated geological conditions,development pace of shale gas slowed down at the present stage in China,and many situations affect people to understand shale gas development prospects in China correctly.As unconventional resources,shale gas promoted the “energy independence” in United States,and it accounted for 48.2% of the national's production in 2014.As important conventional natural gas resources in China,the coal-derived gas still occupy the important position in the natural gas industry,its production had accounted for 67.31% by the end of 2013.Through systematic analysis of development history,phase characteristics and its significance,it is concluded that,both resources experienced a long period of preliminary theoretical research and demonstration,steady and gradually opening of the exploration situation.The increment speed of its production and reserves is slow at first and accelerated later and through technical or exploration breakthrough into the high speed development stage.Nowadays shale gas in China is still in the primary stage of exploration and development.The gap with foreign countries is also very big,and it needs technical innovation to reduce single-well investment,deepen the geological theory knowledge,and coordinating the relationship with nature and society,etc.

Key words： United States;       Shale gas;       China coal-derived gas;       Development history;       Enlightenment;      

引言

页岩气是产自极低孔渗、暗色富有机质页岩地层系统中的天然气[1]，具有资源潜力大、开采寿命长等优势[1,2]。同时页岩气也是现今全球资源勘探的热点。2012年，凭借页岩气的重要支撑，美国自1982年后天然气产量首次超过了俄罗斯[3]，极大促进了该国“能源独立”，甚至对地缘政治格局产生了重要影响，另外美国依靠先进技术，极力向外输出页岩气观念，分享开采效益，近30多个国家和地区都紧随北美地区，开展页岩气的前期评价和勘探开发先导试验，掀起了页岩气勘探开发的热潮，页岩气俨然成为全球能源地位博弈的战略选择。 而在另一方面，我国作为能源消费大国，天然气的对外依存度和需求量正在急剧增长， 2011年天然气对外依存度已经上升到24%[4]，预计到“十三五”末，我国天然气消费量将达3 000×108m3，对外依存度将达45%[5]，而需求增量从2009年至2020年的12年间将会占世界的30.7%，2020年至2030年该指数将为25%[6]。那时我国将是全球天然气消费最大的国家之中唯一需要大量进口的[7]，这无论对于我国的能源安全还是社会生活稳定都是一个严峻的挑战。不仅如此，分析表明若没有页岩气资源的发展，到2040年全球天然气探明储量的66%将会被消耗掉，根据经济学原理，低供给和高需求必然会使天然气价格直线攀升[3]，因此发展页岩气也是维持地域能源市场和经济稳定的重要途径之一。 自2005年开始，我国迅速部署，多个省份较早地进行了页岩气的前期勘探[8]。由于受制于经验缺乏、技术薄弱、复杂地质条件、管道配套建设落后等诸多因素，尽管国内急切寻求通过页岩气勘探开发来保障能源安全，但是进展步伐缓慢下来[9]。这些不利因素不仅制约了我国页岩气勘探开发，同时也影响人们对我国页岩气发展未来前景的正确判断，甚至有前期资源量大而“乐观”、后期开发难度大而“困惑”的趋势。同时，煤成气作为我国重要的常规天然气资源，在天然气工业中依然占有举足轻重的地位，为了能整理思路，摆正心态，故从美国页岩气和我国煤成气这2种影响着各自国家层面能源格局的非常规和常规资源入手，通过分析各自发展历程，阐述客观规律，相互对比，以期更加耐心理性地对待页岩气发展道路上所遇到的诸多挫折，更加明确页岩气的发展规律。

1 北美页岩气发展态势

美国是全球页岩气勘探开发最成功的国家，资源丰富、地质条件优越，生产技术和商业化运营模式高度成熟，已进入页岩气的高度商业化生产阶段。美国现在主要有9个页岩气开发区带（图1），遍布于本土的30多个州[10,11]。页岩气以其“厚积薄发”的发展历程，成为了影响世界范围内能源格局的重要战略资源[1]，而在这辉煌背后，却是近200年漫长的发展历史，期间经历了早期摸索勘探、理论研究和技术攻关、技术突破助力发展以及大规模高速发展等阶段。

图1     北美页岩气区带分布与产量(据文献[10,11]，修改)
Fig.1     North America shale gas plays distribution and production(modified from Ref.[10,11])

1.1 页岩气发展历程

北美页岩气的发展历史悠久，早在1669年，阿巴拉契亚盆地的黑色富有机质页岩就已被测量和描述。1821年，当年的Mitchell能源公司在泥盆系Perrysbury组Dunkirk页岩中钻得了北美第一口页岩气井[12]，随后勘探范围逐渐扩大；至1863年，伊利诺伊盆地肯塔基西部的泥盆系和密西西比系页岩中发现了天然气；至19世纪70年代，勘探范围逐步扩展到伊利湖南岸和俄亥俄东北部[12]。1914年，随着阿巴拉契亚盆地泥盆系Ohio页岩的钻探中获得日产气2.83×104m3的高产气流，世界第一个页岩气田——Big Sandy气田被发现[13]，到1926年，该气田的含气范围由阿巴拉契亚盆地的东部扩展到西部，成为了当时世界已知的最大气田[14]。随后由于石油、煤层气等化石燃料相对低价并且易于开采，页岩气资源并未受到特别关注，这个状态一直持续到了20世纪70年代，距第一口井已经过去了150余年，这个漫长的过程可以称为页岩气的发展朦胧期，处于早期摸索勘探阶段[1]。 在20世纪70年代，石油危机将政府的注意力转移到页岩气勘探上，同时高油价也吸引了私人石油公司开展有关的调研工作，到1976年，美国能源部开展了东部页岩气研究项目[12]，证实了以阿巴拉契亚盆地泥盆系和密西西比系为代表的东部黑色页岩的巨大资源潜力，至此页岩气才正式成为了新型天然气资源[1]。为了鼓励勘探开发，美国政府在1980年颁布了《能源意外获利法》，对页岩气等非常规资源给予税收补贴政策[15]，在发展初期给予了良好的政策优惠，保持了中小型公司开发者的勘探动力。随后开发技术逐步得以创新，1981年，美国在Barnett页岩中通过氮气泡沫压裂，成功地实现了Barnett页岩气的工业化开采[16]。到20世纪80年代和90年代初期，美国对泥盆系和密西西比系页岩中的天然气潜力进行了比较完整的评价，提高了天然气产量[11]。在这段时期，页岩气的理论研究和压裂技术尝试创新为后期的发展打下了扎实的基础。 依靠前期的理论研究，20世纪90年代中期北美初步实现了商业化生产[15]，除去率先开始商业性产气的沃思堡盆地Barnett页岩和圣胡安盆地白垩系Lewis页岩，密执安盆地泥盆系Antrim页岩成为美国最为活跃的天然气勘探远景区[12]。在1997年颁布的《纳税人减负法案》中延续了替代能源的税收补贴政策，该年页岩气产量达90.6×108m3（图2），几乎是1991年产量（46.7×108m3）的2倍，占全国天然气产量的2%左右[17]。到2002年后，水平钻井技术的大规模推广，钻井周期缩短，全美范围内的钻井数及天然气产量迅速增长，同时2004年的《美国能源法案》中规定政府在10年内对包括页岩气在内的非常规资源研发每年投资4 500万美元，在技术成熟和政策扶持的助力之下，到2005年后，开采技术逐步成熟，利润直线攀升，包括阿肯色州Fayetteville页岩、德克萨斯州东部和路易斯安那州北部的Haynesville页岩等都“热火朝天”地开始了页岩气钻探[12]。2000年后的5年间美国页岩气产量翻番，年产量突破200×108m3[1]。 2007年至今，凭借水平钻井和水力压裂大规模

图2     1985—2014年美国天然气及页岩气产量及页岩气产量所占比例(据文献[12,17-19]补充)
Fig.2     Production of the total natural gas and shale gas and the proportion of shale gas of United State from 1985 to 2014(modified from Ref.[12,17-19])

实施，分级压裂和多井同步压裂等技术不断突破，以及“工厂平台式”生产模式的推广应用，美国页岩气跨入了高速发展阶段[1]。2009年通过压裂级数的增加，单井初始产量增加明显，Marcellus页岩气田的初始产量增加幅度高达30%[13-18]。大规模的开采活动，使美国页岩气产量迅速从2006年的283×108m3飞跃至2010年的1 360×108m3（图2），占天然气总产量的23%[19]。到了2014年，美国天然气总产量为7 282×108m3，其中页岩气产量为3 514×108m3[18]，页岩气所占比重已达48.2%。

1.2 工业化发展史——以Barnett页岩为例

现今多国谋求页岩气工业化发展，作为北美最富盛名的页岩层系之一，Barnett页岩的工业化发展史具有一定代表性，其各个阶段均是以通过先导区的技术创新突破为标志，延伸扩大勘探范围，迅速增加钻井数，从而实现页岩气高产，在这一过程中，技术的创新在很大程度上规避了开发的风险。 早在1981年，人们就在钻探中偶然发现了Barnett页岩的良好 “页岩气”显示[20]，同年依靠液氮压裂技术，实现了页岩气的工业化开采[16]，在1982年发现了纽瓦克东部页岩气田[21]，并作为主要产气区块。然而一直到1992年，Barnett页岩气区仅钻探99口生产井，整体开发进程缓慢[22]，在20世纪90年代初德克萨斯州开始对页岩气的开发免征生产税，还实施每方气3.5美分的政府补贴以鼓励勘探。1993年Barnett页岩气年产量仅为7.9×108m3[23]。虽然之后钻井数的增加有所加快，但每年增长不过80口，到1997年仅增至375口井[20]。 到1997年，水力压裂开始成为页岩气的主要增产措施[20]，1999年，纽瓦克东部气田在对Barnett页岩新发现天然气的钻探中实施重复压裂，使总体成本大幅下降，也再次激发了先前非生产井的产量，大大提高了该区的经济效益，到2001年12月份，该气田已是德克萨斯州内最高产的气田[24]。到2003年，Barnett页岩中钻出第一口有效水平钻井，井网进一步加密，钻井数达2 616口[20]，年产量约为84.93×108m3[25]，随后Barnett页岩型钻完井技术在全美推广[24]，同时由于资源评价、井筒设计和完井技术的进步，该区页岩气预测储量从1990年的396.4×108m3升至2004年的7 419.1×108m3[20]。 2005年后，开发者不仅利用水平钻井从较薄的页岩地层中获得更多天然气，还大规模实施水力压裂等技术[25]，使产量发生了翻天覆地的变化[23]。2005年，Barnett页岩生产了将近141.6×108m3天然气[19]，而此时该区已有近4 500口井，勘探范围已经延伸出了怀斯和丹顿等郡县，并出现了Barnett页岩的新气田，如约翰逊县的克利本气田。到2006年7月份，整个地区已经生产了651.3×108m 3页岩气，钻井数在9月份达到了6 203口井[20]，也是在这一年，水平井的产量首次超过了垂直井，第二年钻井数也超过了垂直井数[25]。 到2007年，探区年产气量猛增近40倍，该年页岩气产量占全美的8%，而页岩气的63%都来自于德克萨斯州，到2008年1月，Barnett页岩累计生产1 044.9×108m3[23]，水平钻井数从2004年的不足400口迅猛增至2010年10 000多口[25]。钻井量的飞速增加，甚至使整个沃斯堡盆地的地理面貌都发生了巨大的变化（图3），井网密集分布，钻井平台遍布整个盆地，甚至“抢占”了达拉斯—沃斯堡飞机场，到2011年后，沃斯堡盆地90%的天然气来自于水平钻井[25]。而北美地区不只是Barnett页岩有着“翻天覆地”的钻井量变化，宾夕法尼亚州的Marcellus页岩自2005年始有12 000口井许可钻探[26]，到2014年就已钻探了7 797口非常规井[27]。 在高度发达的商业化模式下，生产者通过先进的技术支持和“工厂化”的生产模式，再结合上万口钻井的资料辅助，对区块内相应的资源产储量进行实时监控，获得精度极高的相应参数(包括随开发进程而发生改变的产储量数据)，拥有着非常成熟和完善的页岩气资源评价体系。

2 中国煤成气发展态势

煤成气是指分散在煤系中煤和泥岩，以腐殖型为主的有机质(ⅡB及Ⅲ型有机质)在地质演化阶段生成的气体，经运移离开源岩后，在适宜的圈闭中聚集形成工业气藏[28]。在煤成气理论提出之前，我国天然气勘探是以“一元论”占统治地位，即认为天然气是以油田伴生气为主，仅仅在找油的过程中兼顾天然气，所发现气田的规模和分布有限，天然气勘探程度薄弱[29,30]，自1979年煤成气理论提出后，开辟了煤成气勘探新领域[31]，中国开始以“二元论”(油型气和煤成气)指导天然气勘探[30]，相继在塔里木盆地白垩系、鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地的须家河组和侏罗系发现一批大中型煤成气田[32]，经过35年的“煤成气”理论研究和勘探实践，我国天然气工业迅速发展[30]。

2.1 煤成气在我国天然气工业的重要地位

首先，煤成气是我国由贫气国迈向天然气大国的保障[33]。在1978年我国天然气产量和探明储量分别仅为137.3×108m3和2 264×108m3，天然气工业发展缓慢，是个贫气国[33]。但随着勘探思路向煤 成气重心转移，我国天然气工业逐渐进入快速发展

图3     Barnett页岩区1997年(a)和2010年(b)页岩气钻井量对比(据文献[10,11]，修改)
Fig.3     Comparison of the numbers of shale gas well in 1997 and 2010 of the Barnett Shale Play(modified from Ref.[10,11])

时期（图4），到2000年后进入快速发展阶段，由2000年的年产272×108m3升至2005年的504.6× 108m[30]，至2011年底，天然气探明总地质储量高达83 377.6×108m3，产量达1 025×108m3，成为世界第六产气大国[33]；据国土资源部数据，2014年我国天然气探明总地质储量达108 813.9×108m3，产量达1 329×108m3，分别是1978年的48.1倍和9.7倍。 煤成气是我国天然气储量和产量的主体[33]。1978年煤成气储量和年产量分别仅占全国的9%和2.5%，到2013年底，我国煤成气总探明储量是71 409.66×108m3，产量为814.30×108m3，分别占全国的72.53%和67.31%（图5,图6）。 大气田是我国天然气工业发展的顶梁柱，而与煤成气相关的大型、特大型气田是我国天然气储量的主体[34]。截止2011年底，我国共发现并探明大气田48个，气田数仅是全国的1.2%，却占有全国天然气储量的87.93%[33-35]，其中煤成大气田就有31个[33]，在2013年，煤成气总储量占大气田总储量的74.6%；大气田总年产量为922.72×108m3，占全国天然气总产 量的76.3%，其中煤成大气田产量为 710.13×108m3，

图4     1949—2014年中国天然气产量(a)和累计探明储量(b)(据文献[33]补充)
Fig.4     China natural gas production and accumulated proven gas reserves from 1949 to 2014(modified from Ref.[33])

图5     1985—2013年中国天然气及煤成气产量及煤成气产量所占比例(据文献[33]补充)
Fig.5     Production of the total natural gas and coal-derived gas and the proportion of coal-derived gas from 1985 to 2013(modified from Ref.[33])

占全国大气田总产量的76.96%[36]。

2.2 煤成气发展历程

煤成气理论首先诞生于德国。20世纪40年代，德国学者已认识到含煤地层能生成大量天然气，能成为工业性气田，并于1961年发现第一个上石炭统煤成气田[37]。随后原苏联也进行了煤成气研究，并用于指导天然气勘探，在60年代至70年代相继发现了大量煤成气大型—特大型气田，天然气产量迅速增长，并于1983年超过美国成为了世界第一天然气大国[37]。我国煤成烃的系统研究始于1979年戴金星所发表的“成煤作用中形成的天然气与石油”一文，1981年由其所主笔的“煤成气概况”报告[29]，呈送时任国家领导人，被批作中央政治局会议参阅文件，为1983年将“煤成气的开发研究”列为“六五”重点科技攻关项目打下了基础，而我国第一次天然气科技攻关便始于此。经过近6年的系统理论研究，包括对煤成气的地球化学、生储盖组合和富集规律进行探讨和分析，在资源综合研究和评价等方面都取得了进展[30]，但前期由于勘探实践较少，到1985年煤成气产量仅占全国的4.23%。到1986年，国家继续组织了天然气重点科技攻关项目，有关煤成气的资源评价和勘探测试技术均有了较大进步[30]，同时更加重视天然气地球化学，气藏形成和聚集规律的探索。此后煤成气田勘探渐入佳境[29]，1990年莺歌海盆地崖13-1气田、1992年鄂尔多斯盆地中部气田(即后来的靖边气田)煤成气探明储量实现突破，所占天然气总探明储量比重增加。到90年代后期，科技攻关项目继续延伸，并开始对大中型气田的形成条件和分布规律进行勘探研究，1992年，我国提出第一个较为全面的天然气分类方案，并根据各项参数建立了天然气成因类型综合鉴别体系[29]，到1995年共探明大中型气田12个，探明天然气储量6 969.5×108m3[30]。到1997年，随着再次丰富和完善天然气成因分类标准，中国天然气成因分类理论逐步走向成熟[29-38]，到1998年，东海春晓气区发现新的探明储量，莺歌海盆地崖13-1气田开始产气，煤成气的产储量占全国天然气比重持续攀升（图5,图6）。

图6     1984—2013年中国天然气(煤成气)累计探明储量与煤成气探明储量所占比例(据文献[33]补充)
Fig.6     Proven gas reserves of the total natural gas and coal-derived gases and the proportion of the coal-derived gas from 1984 to 2013(modified from Ref.[33])

到2002年后，我国开始对高效天然气藏的形成分布与潜力开展研究，认为煤系的Ⅲ型干酪根是生气有机质的重要组成部分[28]，并认为在过成熟演化阶段(RO值大于2.0%)，有机质仍然可以大量生气，大大提高对煤成气资源总量的评价值，并拓展了勘探深度与范围[29]，2005年第三轮全国油气资源评价测算，煤成气占天然气地质资源量的70%。与此同时，更加着重探索大气田形成的半定量和定量的主控因素及天然气聚集区带[30]，使煤成气越发成为了我国天然气工业的中流砥柱。 在经过了35年的发展创新，逐渐形成了具有我国特色的煤成气理论体系，内容涵盖了煤成气与煤层气两大常规与非常规资源系列，内涵包括我国的天然气成因类型判别、气源对比指标体系以及煤成气的成藏机制、分布规律和评价技术方法等[29]。通过指导勘探实践并紧密结合生产，我国天然气工业在2000年后进入了高速发展阶段。根据《BP世界能源统计2013》数据显示，到2012年，我国天然气产量排名由2000年的第16位升至全球第7位。但需要注意的是，美国凭借页岩气的重要支撑，在2012年天然气总产量已达到6 805×108m3，其中页岩气达2 936×108m3[18]，竟分别是当时我国天然气总产量（1 077×108m3）的6.3倍和2.7倍之多，而其在2014年的天然气和页岩气产量也分别是我国2014年总产量（1 329×108m3）的5.5倍和2.6倍。面对如此巨大的差距，我国天然气工业发展道路依然任重而道远。

3 北美页岩气和中国煤成气对我国页岩气发展启示

3.1 我国页岩气发展简介

我国页岩气勘探开发相比北美起步较晚[1,2-15]。从2005年开始，相继在四川盆地、渤海湾盆地等地积极开展页岩气形成条件与富集规律、资源潜力与有利区带评价等前期研究[2]，建立了四川威远—长宁、重庆涪陵、云南昭通等多个国家级页岩气工业化开发先导性示范区[15]。2010年，威201、宁201等一批页岩气评价井压裂获得工业气流。2011年，中国第一口页岩气水平井——威201-H1井投入试生产，2012年，中国成为了除北美地区外，首个页岩气接入管网开始商业性开采的国家，尽管页岩气产量尚不足全国产量的1%，2013年10月份EIA新公布数据称我国页岩气技术可采储量仅次于美国，排名全球第二，达32×1012m3[39]。受“丰富”资源量和北美成功经验的鼓舞，我国一时掀起了页岩气研究和勘探热潮，多个省份“试水”开展了页岩气资源评价，与此同时政府相关政策紧密出台，追求跨越式发展，同时还引入市场竞争机制，开放页岩气市场，以谋求刺激勘探开发创新。2014年，中国石化页岩气工业化实现局部突破，我国首个探明地质储量超千亿方的页岩气田——涪陵气田诞生，中国页岩气的勘探开发初见曙光。 然而复杂的地质保存条件、关键技术的缺乏[40]、过高的投资成本、贫瘠的水资源环境以及企地关系协调等因素，严重限制着我国的页岩气勘探开发。近期国务院发布的《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》也将页岩气2020年产量降低为力争超过300×108m3，发展势头有所减缓。而新进入市场的非油企公司和民营企业，面临的是比美国当年1821年更为苛刻的地质条件、技术要求以及更大的投资风险，短期内也不会积极钻探页岩气井[41]，整体的开发热度下降。尤其到2014年下半年国际油价大跌，北美本土一些页岩油气公司面临破产，纷纷暂缓或减缩了页岩气投资。2015年1月重庆市发布消息称，将在2020年实现页岩气年产量200×108m3，而到4月份国家发布的页岩气财政补贴政策，又将2015年前的补贴标准（0.4元/m3）降为2016—2018年的0.3元/m3；2019—2020年又降为0.2元/m3，财政补贴力度在持续降低。

3.2 北美页岩气和中国煤成气发展历程特征

3.2.1 前期理论研究和论证周期长

北美拥有非常优越的页岩气地质条件，尽管在多个盆地的页岩层系勘探中发现天然气，但从发现到开始关注页岩气还是经历了长达150余年的朦胧期[12]。美国从20世纪70年代开始将页岩气视为新的天然气资源，并进行相关地质理论研究，包括对东部地区的不同页岩层系进行了持续20余年的资源评价，才取得了较为完整和充分的认识[1]；同样煤成气从20世纪40年代就在国外发现，到1979我国才开始进行系统研究，在研究初期还有少量人员质疑煤成气能否运移出来聚集成工业性气田，为此当时的石油工业部在1983年底派出考察组[30]，赴联邦德国进行专项考察均获得肯定答复，之后相继组织了4轮天然气科技攻关[29-31]，花费近20余年时间对我国煤成气的成藏机制、分布规律和评价技术方法进行了研究探索[28-30]，才逐步建立和完善了煤成气理论。

3.2.2 稳重求进逐步打开局面

在随着20世纪90年代中期Barnett页岩、Lewis页岩和Antrim页岩商业性开采逐渐成熟，利润得到保障后，一直到2005年后其他盆地才大力开展了有关页岩气的勘探工作，页岩气在全美才有了“遍地开花”的局面[12]，而前期的逐步推进和效益斟酌经历了近10年；我国煤成气于80年代提出后，随着理论研究加强和成熟，勘探思路得到转变，拓宽了勘探领域，一直到90年代中期才实现了陆上与海上煤成气产量和探明储量的重大突破。

3.2.3 产储量递增先慢后快

美国页岩气经历了近20年的前期勘探，在1992年之前产量几乎没有增长，到1991年产量所占全国总产量比重不足1%，探明储量也仅仅为453.1×108m3，缓慢增长到1997年后产量增长一倍（图7），储量升至1998年的1 104.4×108m3[17]，2000年后的5年时间里美国页岩气产量翻番，年产量突破200×108m3[1]，到后期页岩气产量从2006年的283×108m3飞跃至2010年的1 360×108m3，占美国天然气总产量的23%。Barnett页岩气产量突破100×108m3经历近24年的时间，而2005年后，每年该区页岩气产量超140×108m3[19]；至1997年，中国煤成气每年产量增长幅度微弱（图7），到1999年时年产量仅为87.19×108m3，而到2009年时已飞跃至560.38×108m3，增长了近7倍；经过“六五”天然气攻关，1985年煤成气产量仅是全国的4.23%，到1995年时该比例也仅是15.17%，至2005年时，该比例为52.83%。

3.2.4 技术或勘探突破助推跨越发展

技术进步是推动美国页岩气发展的关键因素，贯穿于每一段发展时期。从1981年的氮气泡沫压裂到1997年水力压裂、1999年重复压裂、2003年第一口有效水平井，以及2009年大规模实施分级压裂和多井压裂技术，使单井投资成本不断下降，钻井量飞速增加，水平井所占比重增多直至超越垂直井成为生产主体。煤成气方面也是在1990年莺歌海盆地崖13-1气田、1992年鄂尔多斯盆地中部气田煤成气探明储量实现突破，随着勘探思路转换深入，到1998年东海春晓气田发现新的探明储量，同年莺歌海盆地崖13-1气田开始产气，煤成气所占全国比重逐年攀升。

3.3 对我国页岩气发展的启示

北美页岩气和中国煤成气都是经历了前期长达数十年的理论认识和论证准备过程，缓慢推进勘探进程，在中前期技术条件逐渐成熟，发展速度加快，再由技术或勘探成果突破而实现高速发展的，对我国页岩气发展的有一定启示. (1)在发展态势认识方面，我国现阶段虽已在先导性试验井中取得突破[42]，但仍处于勘探开发的初级阶段，工业化程度与北美差距甚大。Barnett页岩在2002年产量约为66×108m3[25]，恰与我国所制定的2015年全国页岩气产量大致相同，但时至今日，分布于我国多个盆地内的700余口页岩气井，相比于当时仅仅分布于沃斯堡盆地纽瓦克东部页岩气田Barnett页岩已有的1 950余口井(垂直井为主)[20]，显然在井网密度和钻井控制程度方面远远不足，更不提Barnett页岩本身优越的地质成藏条件、水资源环境、先进的开发技术和科学的资源评价体系；故应冷静思考，做好较长时间处于初级阶段的思想准备，无论是北美页岩气还是我国的煤成气，初期都经历了漫长理论研究和论证，伴随着的是资源产储量递增长达10多年的“微弱”提高（图7），只有逐步解决和缓解阻碍发展的问题后，才能进入快速发展阶段.

图7     北美页岩气(a)和中国煤成气(b)1986—2013年产量增长直方图(据文献[12,17-19]补充)
Fig.7     Annual output growth of shale gas in North America and coal-derived gas in China from 1986 to 2013(modified from Ref.[12,17-19])

(2)在理论研究和技术创新内容方面，我国理论研究虽然发展较快，但前期多局限于页岩气的地质特征、富集因素和有利区评价，而对于页岩气体地球化学的研究还比较薄弱，如现在争议较大的页岩气乙烷同位素倒转成因、高成熟度页岩气地球化学特征和演化规律等，同时对页岩气产量递减规律认识尚不明确，在制定发展规划时缺少可靠的资源评价参考体系；在开发技术方面，不同于北美稳定地质条件，我国页岩区块多遭受强烈构造挤压变形，具有较高的勘探风险[40]，页岩气开采成本较大。尽管页岩气后期低产稳产且生产周期长[42]，据国外经验为保持高产，就必须大范围钻新井，而目前北美页岩气重要产区的单井投资都不超过600万元[43]，以我国现阶段的开发技术水平实难达到，且不说还尚未考虑在开发后期可能会遇到的成本消耗，如土地占用，管线修建等，故应加强关键技术的创新和掌握，如水平井钻完井、长距离多段压裂[40]等. 故在发展思路方面，我国不应仅仅完成了资源前期的初步评价，就在全国范围内急于“上马”，而是应先集中力量，以实力更加雄厚的大型石油企业为主导，针对潜力最好、埋深较浅的海相页岩，在先导试验区范围内，成功进行“工厂化”作业技术体系、积累技术经验后再向外推广，并逐步明确页岩气井的产量递减规律，完善资源评价体系；此外，还应妥善解决在发展进程中所伴随的诸多困难，如贫瘠水资源环境和复杂企地关系等。水力压裂会消耗大量的水资源，并严重污染地下水[9]，尤其是在四川盆地这样人口密集度高，或是西北部水资源贫乏的地方，因此在部署勘探开发计划时，就应涉及到后期可能产生的环境成本，生产是否绿色化，是检验页岩气是否工业化的重要标准；同时一些人为因素也在阻碍页岩气的发展，需加强企地关系协调和信息互通，将页岩气开发与当地建设结合起来。 上述诸多现状都说明，我国的页岩气发展不会一蹴而就[42]，在快速发展之前必然要经历较长时间的认识和准备过程[44]，诸多亟需解决的问题更说明我国的页岩气发展需要“交学费”，需要建立起自己的“学习曲线”，重视对不同页岩气的地球化学特征和富集机理研究；加强推进页岩气开发关键技术的研发和自主创新[44]；严格规范管理页岩气的开发，并在进行资源评价和制定发展规划时更加系统科学[40]。

4 结论

(1)北美页岩气和我国煤成气都影响着国家层面上的能源格局，大大促进了各自国家的天然气工业发展，两者的发展历程都是经历了漫长的前期理论研究和论证周期，稳重求进逐步打开了勘探局面，产量和储量的递增速率都是先缓慢后加速，通过技术或勘探突破进入高速发展阶段。 (2)我国页岩气尚处于勘探开发的初级阶段，应做好较长时间处于该阶段的思想准备，重视有关页岩气地球化学特征和产量递减规律方面的研究，加强开发关键技术的创新和掌握，并集中力量，以油企为主导在先导区成功试验后再逐步推广，并妥善解决在进程中所伴随的水资源保护和企地关系协调等问题。 (3)我国页岩气发展不会一蹴而就，诸多亟需解决的问题更说明我国的页岩气发展需要“交学费”，应摆正心态，遵循资源发展的“学习曲线”，不急于“冒进”，也不丧失信心，逐步推进理论研究、技术创新、管理规范和资源评价等工作。

致谢:在本文研究过程中，戴金星院士、董大忠教授给予了细心指导，西南油气田公司勘探开发研究院给予了帮助与支持，审稿专家提出了宝贵意见，在此表示衷心感谢！

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